張 超， 馬 亮， 趙鳳起, 秦 能， 袁志鋒

(西安近代化學(xué)研究所 火炸藥燃燒國防科技重點實驗室， 陜西 西安 710065)

1 引 言

燃燒轉(zhuǎn)爆轟(Deflagration to Detonation Transition，DDT)是含能材料的一個重要特征[1]，也是含能材料危險性的一項重要指標[2]，備受重視。燃燒轉(zhuǎn)爆轟是系統(tǒng)由燃燒發(fā)展為穩(wěn)定爆轟過程中出現(xiàn)的一個復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)，它廣泛存在于推進劑和發(fā)射藥的燃燒、爆破器材的起爆以及炸藥的生產(chǎn)、貯存和使用過程中[3]。早在20世紀40年代，蘇聯(lián)科學(xué)家Andreev首先開始了對此問題的研究[4]，此后，經(jīng)過科技工作者的不斷探索，在DDT試驗及理論方面均取得了一定進展[5]。隨著人們對DDT認識的不斷加深，從20世紀中葉起，開始了大規(guī)模、系統(tǒng)性的研究工作，國外從事DDT研究工作的主要機構(gòu)有美國的海軍水面武器中心、洛斯阿拉莫斯實驗室、桑迪亞國家實驗室、斯坦福實驗室、?？死锼构竞偷V物局，前蘇聯(lián)的科學(xué)院化學(xué)物理所，法-德聯(lián)合研究所，英國的裝備研究和發(fā)展機構(gòu)等[6]，自此國內(nèi)外學(xué)者對炸藥、推進劑、發(fā)射藥、煙火藥等含能材料的燃燒轉(zhuǎn)爆轟研究步伐就一直沒有停歇[7-20]。目前，DDT機理已經(jīng)被用來指導(dǎo)火炸藥的配方設(shè)計、性能控制以及安全防護措施的制定[21]，此外，科研人員還把燃料-空氣炸藥(FAE)燃燒轉(zhuǎn)爆轟過程中產(chǎn)生的高溫、高壓燃氣用作脈沖發(fā)動機的動力源[22-25]，用以克服傳統(tǒng)發(fā)動機能量輸出效率低的不足，被認為是最具有發(fā)展前景的動力裝置之一[26-29]。

通過已有的研究，人們對含能材料燃燒轉(zhuǎn)爆轟的研究方法、影響因素及過程機理有了較全面的了解，本文綜述了其中有代表性的研究成果，以期為火炸藥的燃燒轉(zhuǎn)爆轟特性研究、配方設(shè)計、安全控制、成果應(yīng)用等提供參考。

2 燃燒轉(zhuǎn)爆轟研究方法

2.1 實驗研究法

實驗研究法目前主要包括DDT管法和動態(tài)壓縮法。DDT管法是含能材料燃燒轉(zhuǎn)爆轟現(xiàn)象研究最常用的方法，壓縮法常用作DDT機理研究。研究火炸藥等含能材料的DDT管通常有強約束和弱約束兩種[30]，強約束一般為厚壁金屬管，其優(yōu)點是強度大、約束力強，容易實現(xiàn)由燃燒到爆轟的轉(zhuǎn)變。弱約束一般為有機玻璃管或塑料管，其優(yōu)點是具有良好的可視性，有利于觀察整個DDT過程燃燒波的傳播規(guī)律和藥床的密度分布，缺點是強度差、易變形，由于側(cè)向稀疏波作用，在有限長的管內(nèi)較難實現(xiàn)由燃燒到爆轟的轉(zhuǎn)變，因此塑料管或玻璃管僅用于容易發(fā)生燃燒轉(zhuǎn)爆轟的材料。普通含能材料DDT裝置如圖1[31]，新型FAE DDT裝置如圖2[32]。

DDT過程是一個強烈的動態(tài)壓縮過程，為深入研究DDT機理，Sandusky[33]等人設(shè)計了高壓氣源驅(qū)動的壓縮實驗、活塞撞擊壓縮實驗、用螺旋形裝藥推動活塞的裝置和間隙實驗裝置分別模擬了多種含能材料多孔藥床的DDT過程，Sandusky在活塞壓縮過程中首次觀察到了致密波(The Compaction Wave，使得藥粒床孔隙率發(fā)生變化的行進波即為致密波[34])。燃燒轉(zhuǎn)爆轟的發(fā)生與致密波作用相關(guān)，Sandusky[33]發(fā)現(xiàn)當活塞撞擊多孔床的速度小于300 m·s-1時: 形成的穩(wěn)態(tài)致密波速低于600 m·s-1; 當活塞速度足夠大時，致密波速度加快，藥粒床孔隙率急劇變化而引發(fā)燃燒，這一過程滿足方程:τ2Δt=const。式中τ為測得的被壓縮固相中的應(yīng)力,MPa; Δt為藥床從被撞擊到出現(xiàn)火焰的時間間隔，μs。

圖1DDT管布局圖[31]

Fig.1Arrangement of DDT tube[31]

圖2空氣-燃料DDT實驗裝置圖[32]

Fig.2Schematic diagram of air-fuel DDT experimental setup[32]

對DDT過程的測試手段主要有測壓和測速兩個方面。 測壓技術(shù)有: 應(yīng)變片法[35]、管內(nèi)痕跡顯示法[35]、驗證板法[35]、軸向機械探針法[35]、錳銅壓阻計[36]等。管內(nèi)痕跡顯示法一般用于DDT過程分析，陳曉明[37]等人利用管內(nèi)痕跡法分析了發(fā)射藥在燃燒轉(zhuǎn)沖擊波(DST)和沖擊轉(zhuǎn)爆轟(SDT)兩個階段管壁的變化情況。應(yīng)變片法是將應(yīng)變片貼在DDT管外表面,通過測量DDT管的變形來反映管內(nèi)壓縮波或沖擊波的傳播規(guī)律，該法的缺點是測量誤差偏大,優(yōu)點是能夠得到強壓縮波到達各應(yīng)變片所處位置的相對時間。

測速技術(shù)有: 高速攝影法[35]、脈沖X射線法[35]、光纖記錄法[35]、電離探針法[35]、軸向電阻絲法[35]等，其中電離探針和光纖法以其經(jīng)濟簡單而被廣泛應(yīng)用。電離探針主要依靠火炸藥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時產(chǎn)生的正負離子導(dǎo)通，當火焰波小于500 m·s-1時探針很難測到波速，光纖探針的工作依靠熱和光的輻射，即使在較低的燃燒速度下也能測到燃燒波速度。因此，通常采用電離探針和光纖探針相結(jié)合的手段測量燃燒波速度，高速段用電離探針，低速段用光纖探針。董樹南[31]等人采用電離探針和光纖探針記錄了含ACP(一種以二價銅胺絡(luò)離子為陽離子的高氯酸鹽)改性雙基推進劑的燃燒與爆轟波陣面的位置-時間關(guān)系, 發(fā)現(xiàn)隨著ACP含量的增加，裝藥燃燒轉(zhuǎn)爆轟有明顯增大傾向。

除上述實驗技術(shù)外,用于含能材料DDT研究的還有微波干涉儀、聲像法、反轉(zhuǎn)多幅閃光技術(shù)[38-41]等。

判斷燃燒轉(zhuǎn)爆轟與否或其傾向大小的方法一般根據(jù)具體條件而定，從簡單、便宜到復(fù)雜、昂貴的研究方法目前都在應(yīng)用[30]。前者如驗證板方法，即在DDT管下方固定一塊鋼板，通過觀察鋼板上留下的痕跡(壓痕)來判斷是否發(fā)生燃燒轉(zhuǎn)爆轟。這種方法的優(yōu)點是簡單、直接、廉價，缺點是人為主觀影響因素較大，經(jīng)常存在誤判、漏判情況，因為在試驗現(xiàn)場經(jīng)常存在見證板被拋射無法找到的現(xiàn)象。比較精確的方法是采用高速攝影技術(shù)觀察燃燒轉(zhuǎn)爆轟過程的發(fā)展，或在DDT管中安裝傳感器測試燃燒波及壓力波的傳播情況，從燃燒波陣面和壓力波陣面的相對位置來分析燃燒轉(zhuǎn)爆轟過程[30]。其缺點是復(fù)雜、成本昂貴，存在設(shè)備被毀壞的危險。目前比較經(jīng)濟、可靠的方法是通過觀察見證板、樣品管的破壞程度等綜合來判斷是否發(fā)生了燃燒轉(zhuǎn)爆轟[42]。

2.2 數(shù)值模擬法

燃燒轉(zhuǎn)爆轟邊界影響因素多，包含能量轉(zhuǎn)換、相變、壓縮、沖擊波形成與迭加、穩(wěn)態(tài)爆轟等復(fù)雜過程[43]，這給DDT數(shù)值模擬帶來了一定的難度。目前，對含能材料DDT過程的數(shù)值模擬主要采用兩相流理論模型。最早采用兩相流模型研究燃燒問題的是Kuo[44]和Gough等人[45]，他們未考慮固相的壓縮性和顆粒間的相互作用，因此只進行了低速、低壓下的數(shù)值模擬。為了克服此不足，Passman[46]等人在兩相模型中引入體積分數(shù)守恒方程進一步完善了兩相流模型。經(jīng)不斷完善，國外學(xué)者已用一維兩相流的燃燒轉(zhuǎn)爆轟動力學(xué)模型及其數(shù)值計算方法成功地預(yù)示了燃燒轉(zhuǎn)爆轟的全過程[47-50]。 國內(nèi)秦根成[51]等利用一維兩相反應(yīng)流模型，建立了硝酸酯增塑聚醚(NEPE)高能推進劑燃燒轉(zhuǎn)爆轟數(shù)學(xué)模型，用Mac-Cormack差分格式進行數(shù)值求解NEPE推進劑燃燒向爆轟轉(zhuǎn)變的內(nèi)在原因，認為存在于藥粒床中的壓縮波和燃燒波的相互作用導(dǎo)致了NEPE推進劑由燃燒向爆轟的轉(zhuǎn)變。劉德輝[52]采用一維分離兩相流反應(yīng)模型以及變步長跳步差分計算格式模擬了固體推進劑的燃燒轉(zhuǎn)爆轟過程，建立了確定誘導(dǎo)爆轟距離的方法,由該法所得的誘導(dǎo)爆轟距離值與實驗值誤差小于15%; 賈祥瑞[53-55]和楊濤[56]等人采用一維分離兩相流反應(yīng)模型等對推進劑多孔床中不同速度的致密波進行了計算,得到了致密波區(qū)內(nèi)的參數(shù)分布。

在二維模擬方面，Krier和Samuelson[57]采用了Leapfrog法求解二維炸藥床的燃燒轉(zhuǎn)爆轟問題，發(fā)現(xiàn)Leapfrog法對非粘性流體控制方程是適用的,但不適合解含有粘性力二階偏導(dǎo)數(shù)的方程組,因為在物理量突變區(qū)之前產(chǎn)生嚴重的數(shù)值振蕩。為了克服這一缺點，Spalding等人[58]提出了SIMPLE(semi-Implscit Method for pressure-Linked Equations)和IPSA(Interphase slsp Algorithm)數(shù)值解法，SIMPLE型數(shù)值計算方法較好地克服了數(shù)值解的嚴重振蕩問題，IPSA法能夠較好的解決多相流動過程和燃燒過程的數(shù)值分析，姜羲[43]等人參考應(yīng)用IPSA解法于全粘性方程,結(jié)合燃燒轉(zhuǎn)爆轟的具體物理特性和初邊條件,對跨音速流動和壓力校準方程作了特殊處理，建立了含能材料密實顆粒床的燃燒轉(zhuǎn)爆轟全粘性歐拉二維非定常兩相反應(yīng)流的控制方程組，成功地模擬了無起爆藥雷管的起爆流場。

對于氣液兩相燃燒轉(zhuǎn)爆轟過程的數(shù)值模擬，大多都采用了Lax-wendrof格式[59]和Ma Corynack格式[60]進行,但其都不能處理激波間斷問題,且穩(wěn)定性條件苛刻。對此不足，美國航空航天局的Chang[61]提出了CE/SE(Conservation Element and Solution Element)算法，該方法格式簡單、精度高，是計算爆轟等強間斷問題的有效方法。國內(nèi)外對于PDE(Pulse Detonation Engine)氣液兩相爆轟的模擬大多未考慮粘性影響，林玲[62]等在前人研究的基礎(chǔ)上，將二維粘性CE/SE方法應(yīng)用到等離子體射流點火的多相爆轟模型中，分別以N-S(Navier-Stokes)方程和Euler方程為控制方程，比較了等離子射流點火條件下粘性作用對爆轟參數(shù)的影響，認為提高初始射流點火的溫度和時間，可以顯著地縮短誘導(dǎo)爆轟距離(沖擊波和爆轟波的交點距裝藥初始點火端的距離)。

DDT現(xiàn)象更適合用三維模型進行數(shù)值模擬。但由于DDT過程中最后階段(沖擊波轉(zhuǎn)變?yōu)楸Z階段)，各狀態(tài)參量瞬變劇烈，這需要開展相當數(shù)量的系統(tǒng)實驗研究以提供三維數(shù)值模擬所需的物理參數(shù)，DDT實驗研究所需的人力、物力、財力花費很大，這給三維數(shù)值模擬帶來了很大的困難。盡管國內(nèi)外研究人員在DDT三維模擬方面開展了一些研究工作，如20世紀80年代,Mader等[63]在“熱點”形成爆轟方面進行了簡單的三維數(shù)值模擬，Hallquist[64]主持開發(fā)的1991年版的DYDA程序具有一定處理三維問題的功能。但這些三維模擬僅限于燃燒轉(zhuǎn)爆轟過程某個階段的簡單模擬，還不能預(yù)示燃燒轉(zhuǎn)爆轟的全過程。對DDT三維數(shù)值模擬還需今后進一步研究完善。

3 燃燒轉(zhuǎn)爆轟影響因素

3.1 裝填密度的影響

裝填密度一般采用理論最大裝填密度(TMD)的百分數(shù)來表示。董賀飛[65]以兩相流模型為基礎(chǔ)，采用CE/SE方法模擬了裝填密度對HMX炸藥燃燒轉(zhuǎn)爆轟的影響，氣相產(chǎn)物狀態(tài)方程采用基于統(tǒng)計物理的類CHEQ(一種基于統(tǒng)計物理的爆轟產(chǎn)物物態(tài)方程程序)的計算結(jié)果，數(shù)值模擬結(jié)果表明，在相同的試驗條件下，爆轟成長距離在一定范圍內(nèi)隨裝填密度呈“U”形變化，如圖4所示。“U”曲線表明，存在某一含能材料最容易出現(xiàn)由燃燒轉(zhuǎn)向爆轟的裝填密度，在該密度兩側(cè)隨著裝填密度的增加或減小都不易發(fā)生DDT轉(zhuǎn)變?！癠”形曲線的最底部即為含能材料在該裝填密度下的最小誘導(dǎo)爆轟距離Lmin，Lmin越小，越易發(fā)生DDT轉(zhuǎn)變，φ-L曲線越寬，也越易出現(xiàn)DDT轉(zhuǎn)變。趙孝彬[30]、賈祥瑞[53]、文尚剛[66]等人通過試驗也得到了此結(jié)果。

圖3裝填密度與誘導(dǎo)爆轟距離關(guān)系[65]

Fig.3Relation curve of the predetonation column length versus loading density[65]

3.2 約束條件的影響

約束條件包括強約束條件和弱約束條件，強約束條件如厚壁鋼管，弱約束條件如薄壁鋁管、銅管及有機玻璃管、塑料管、玻璃管等。

陳朗[67]等在不同約束條件下( DDT管長420 mm,壁厚分別為5 mm和30 mm),對PBXC03壓裝炸藥燃燒轉(zhuǎn)爆轟過程進行了數(shù)值模擬計算。計算結(jié)果顯示，PBXC03壓裝炸藥只有在強約束下(壁厚30 mm)才能夠發(fā)生燃燒轉(zhuǎn)爆轟,弱約束下(壁厚5 mm)管體破壞引起氣體泄漏和壓力降低是限制炸藥燃燒轉(zhuǎn)爆轟的主要原因。

秦能[42]、陳曉明[37]分別用殼體厚度為4 mm和9 mm的鋼管對RDX-CMDB(Composite modified double-base)推進劑和6/7藥型雙基發(fā)射藥、疊氮發(fā)射藥以及三基發(fā)射藥進行了燃燒轉(zhuǎn)爆轟試驗，試驗結(jié)果與陳朗模擬的結(jié)果相同，在弱約束條件下幾種火藥未發(fā)生燃燒轉(zhuǎn)爆轟，而在強約束條件下發(fā)生燃燒轉(zhuǎn)爆轟。趙同虎[68]等人研究了DDT管材料對顆粒狀RDX床DDT過程的影響，發(fā)現(xiàn)DDT管材料對顆粒狀RDX誘導(dǎo)爆轟距離影響不大，但對DDT機理過程有一定影響， DDT管材為鋼時，RDX的DDT過程為突變模式，管材為鋁時為連續(xù)轉(zhuǎn)變模式; F.Leuret[69]研究了樣品管長度對壓裝高密度炸藥(HMX質(zhì)量分數(shù)為96%的塑性炸藥)DDT的影響，實驗發(fā)現(xiàn)隨著DDT管長度的增加，裝藥發(fā)生燃燒轉(zhuǎn)爆轟的幾率也增大，說明約束條件對試驗結(jié)果有影響。增強約束條件易于發(fā)生燃燒轉(zhuǎn)爆轟，約束越強，破壞DDT管所需的壓力越大，有利于藥床燃燒產(chǎn)生燃氣壓力的聚集而形成強大的沖擊波，進而誘發(fā)藥床由燃燒轉(zhuǎn)為爆轟。弱約束容易發(fā)生側(cè)向膨脹形變而產(chǎn)生稀疏波，稀疏波能夠減小管內(nèi)的dp/dt(壓力-時間梯度)，相對延遲了藥床由燃燒向爆轟的轉(zhuǎn)變，DDT管的壁厚與反應(yīng)激烈程度關(guān)聯(lián)不大[30]。

3.3 材料的物理與化學(xué)性質(zhì)的影響

影響含能材料DDT過程的主導(dǎo)內(nèi)在因素是材料本身物化性能，如材料的化學(xué)組成、沖擊波感度和質(zhì)量燃耗率等。

減少火藥配方中硝化甘油(NG)、疊氮硝胺(DA)和黑索今(RDX)等組分含量可以降低其燃燒轉(zhuǎn)爆轟能力，法國火炸藥公司( SNPE) 在研究添加了硝胺炸藥(RDX 或HMX)的改性雙基推進劑的爆轟性能時也證實了這一點[70-71]。劉德輝[72]等研究了HTPB/AP/HMX(HTPB: 端羥基聚丁二烯,AP:高氯酸銨)推進劑的燃燒轉(zhuǎn)爆轟特性，發(fā)現(xiàn)在同樣的裝藥密度下，AP/HMX丁羥復(fù)合推進劑的誘導(dǎo)爆轟距離比不含HMX的復(fù)合推進劑低42 mm; 含能材料的沖擊波感度越大越易發(fā)生燃燒轉(zhuǎn)爆轟[73]，這是因為沖擊波感度越大其吸收沖擊波能量轉(zhuǎn)化為熱能越容易，在沖擊波作用下更易裂解形成熱點而引發(fā)爆轟。

質(zhì)量燃耗率是影響含能材料DDT反應(yīng)的決定性因素。含能材料的質(zhì)量燃耗率越大，其發(fā)生燃燒轉(zhuǎn)爆轟的進程越快。影響含能材料質(zhì)量燃耗率的大小的主要因素有:

(1) 組成的氧平衡。愈接近零氧平衡的裝藥，愈易實現(xiàn)DDT。因為零氧平衡的裝藥燃燒充分，火焰溫度高，藥粒表面處的溫度梯度也大，藥粒的線燃速增大，質(zhì)量燃耗率增大[66]。

(2) 裝藥的滲透性。滲透性越大，高溫燃氣滲入裝藥內(nèi)部越容易，使對流火焰?zhèn)鞑ニ俣忍岣?，從而質(zhì)量燃耗率增大。在同一孔隙度條件下，顆粒越小、粒形越不規(guī)則的藥劑滲透性越大，因此，粉狀或粒狀裝藥易發(fā)生DDT反應(yīng)[72]。

(3) 火炸藥的燃速壓強指數(shù)?；鹫ㄋ幦妓賶簭娭笖?shù)越高，其質(zhì)量燃耗率受管內(nèi)壓力的波動增幅越大，爆轟就越易形成。炸藥的壓力指數(shù)都較高,推進劑、發(fā)射藥配方中炸藥組分含量越高越易發(fā)生DDT反應(yīng)[73]。

(4) 添加劑。炸藥、推進劑、發(fā)射藥配方中添加的鈍感劑、降速劑等惰性組分一般都包覆于含能材料的表面，延緩含能材料初始質(zhì)量燃耗率。這一點王建[74]等已通過鈍感劑包覆HMX試驗予以證明。

(5) 裝藥內(nèi)部缺陷。張?zhí)┤A[6]、秦能[42]等人試驗發(fā)現(xiàn)受撞擊損傷的推進劑和內(nèi)部存在孔洞的推進劑更易發(fā)生燃燒轉(zhuǎn)爆轟現(xiàn)象。這是因為裝藥內(nèi)部存在氣孔、裂紋等缺陷時，裝藥初始燃面增大，裝藥的質(zhì)量燃耗率增加。

3.4 點火強度與點火方式的影響

點火強度也是影響含能材料燃燒轉(zhuǎn)爆轟的一個重要因素。點火強度越大，點火初期產(chǎn)生的點火峰壓越高，形成局部高壓區(qū)，對藥床產(chǎn)生一定壓縮作用，有些高能點火藥中含有金屬粉(鋁粉、鎂粉等)，燃燒時產(chǎn)生大量熾熱燃燒粒子，在壓力作用下，這些熾熱的粒子將會沖擊裝藥的燃面，造成局部燃面增大，未燃藥床在壓縮和沖擊作用下，燃燒加劇，誘導(dǎo)爆轟距離縮短。榮光富、黃寅生等[75-76]研究了高能點火藥對太安燃燒轉(zhuǎn)爆轟的影響，發(fā)現(xiàn)改性后的硼系高能點火藥BKF2使太安燃燒轉(zhuǎn)爆轟的概率遠遠大于未改性的硼系高能點火藥(BKF1)。

趙同虎[77]研究了點火方式對顆粒狀裝藥HMX燃燒轉(zhuǎn)爆轟的影響，發(fā)現(xiàn)顆粒狀HMX在點火藥直接點火時在藥床73.4 mm處發(fā)生爆轟，在活塞驅(qū)動點火時,在藥床35 mm處發(fā)生了爆轟，說明兩種點火方式下炸藥的DDT過程不完全相同?；钊淖兞薉DT管的封閉條件，對炸藥的DTT帶來一定的影響。

3.5 溫度的影響

國內(nèi)外研究人員關(guān)于溫度對含能材料DDT的影響也進行了相關(guān)研究[78-80]，發(fā)現(xiàn)初始溫度雖然不能影響含能材料DDT響應(yīng)類型，但對含能材料發(fā)生DDT后對環(huán)境的破壞程度有一定影響。如代曉淦[80]等人研究了初溫對PBX-2(HMX基炸藥)燃燒轉(zhuǎn)爆轟的影響，發(fā)現(xiàn)在其它實驗條件均相同條件下，85 ℃下PBX-2的反應(yīng)激烈程度相比于20 ℃下較弱。分析原因認為這是因為較高溫度下，粘結(jié)劑發(fā)生融化和流動使得體系孔隙率減少，不利于高溫燃氣滲入裝藥內(nèi)部，延緩了DDT反應(yīng)的時間和能量釋放速率。

4 DDT機理研究

由于火炸藥等含能材料DDT過程的復(fù)雜性及DDT現(xiàn)象的隨機性，對DDT機理的闡述至今仍莫衷一是，沒有一個滿意的解釋。國內(nèi)外科技工作者根據(jù)各自的研究情況得出了眾多有關(guān)DDT機理的解釋，可以將它們歸納為兩類，一類是“沖擊波成長說”，一類為“局部熱爆炸說”。

“沖擊波成長說”的代表是Bernecker.R.R和Sandusky.H.W[81]。他們將DTT過程分為點火前、點火/傳導(dǎo)燃燒、對流燃燒、壓縮(熱點)燃燒、沖擊波形成、沖擊波作用下的壓縮燃燒和爆轟形成7個階段，并非所有的DDT過程中都存在這7個階段，隨著外界條件的變化，這7個階段在不同的區(qū)域分別發(fā)揮主導(dǎo)作用。如楊濤等人[82]將發(fā)射藥在強約束條件下的DDT過程分為低速對流燃燒、快速對流燃燒和穩(wěn)態(tài)爆轟3個階段。“沖擊波成長說”可以解釋絕大部分含能材料的DDT現(xiàn)象。

“局部熱爆炸說”的代表是Price.D[83]，認為在點火初始階段，藥床的燃燒速度與管內(nèi)壓力增加都比較平緩，但藥床顆粒間的壓實現(xiàn)象依然嚴重，壓力波陣面處孔隙被急劇壓縮形成固相應(yīng)力波，當波陣面處的孔隙完全消失后，應(yīng)力波繼續(xù)發(fā)展在波陣面處形成了密實區(qū)，文獻[84]中形象地將該密實區(qū)稱為“塞子”(Plug)，藥床燃燒產(chǎn)生的熱量不能以對流的形式穿過塞子，而應(yīng)力波卻可以穿過塞子，不斷加強的應(yīng)力波使某處藥床在某時刻突然發(fā)生熱爆炸形成強烈沖擊波，沖擊波強度達到某一臨界值則誘發(fā)爆轟。引起爆轟的最主要五個階段如圖4所示。

圖4引起爆轟的五個過程[84]

Fig.4Five-part sequence of event leading to DDT-case[84]

目前這兩類機理可以解釋絕大部分含能材料的DDT現(xiàn)象。但在沖擊波的形成方式、相對位置等方面還存在一些爭議，這有待于現(xiàn)代測試技術(shù)與燃燒技術(shù)的發(fā)展以進一步研究，燃燒轉(zhuǎn)爆轟機理要從含能材料燃燒特征和爆炸性能兩方面進行分析研究。

5 結(jié)束語

燃燒轉(zhuǎn)爆轟是亞穩(wěn)態(tài)含能材料的重要特征之一。研究含能材料的燃燒轉(zhuǎn)爆轟特性, 對于彈藥安全性、可靠性提高具有重要意義。今后，含能材料DDT研究應(yīng)重點在以下幾個方面開展工作:

(1) 加強含能材料燃燒轉(zhuǎn)爆轟研究中試驗條件與方法的規(guī)范化、標準化研究。

(2) 針對新型高能固體炸藥和推進劑，結(jié)合安全性研究，對其DDT規(guī)律進行研究，為其研發(fā)與使用過程的安全控制提供指導(dǎo)，同時用得到的DDT成果指導(dǎo)新型鈍感高能火炸藥配方的設(shè)計與開發(fā)。

(3) 在含能材料DDT數(shù)值模擬方面，加強火炸藥燃燒爆炸學(xué)、流體力學(xué)理論、光譜學(xué)、量子化學(xué)、計算機模擬仿真技術(shù)及數(shù)值方法的交叉融合，建立完善全面考慮含能材料反應(yīng)引起的邊界問題、含能材料理化特性、幾何效應(yīng)等的三維DDT數(shù)學(xué)模型。

(4) 針對工業(yè)安全和爆轟發(fā)動機，應(yīng)重點開展氣相爆轟中DDT問題，了解氣相爆轟中DDT的化學(xué)本質(zhì)，為含能材料工業(yè)生產(chǎn)中的危險抑制和含能材料在新型動力裝置應(yīng)用提供理論支撐。

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